Stofftransport durch Biomembranen
Der Stofftransport durch die Biomembran ist ein essentieller Prozess für die Zellhomöostase und den Austausch von Substanzen mit der Umgebung. Es gibt verschiedene Mechanismen, die den Transport von Molekülen und Ionen durch die Membran ermöglichen.
Diffusion und Osmose
Diffusion ist die Bewegung von Teilchen entlang eines Konzentrationsgefälles bis zum Erreichen eines dynamischen Gleichgewichts. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren ab:
- Temperatur
- Größe des Konzentrationsgefälles
- Eigenschaften der diffundierenden Partikel
Definition: Osmose - Die Diffusion von Wasser durch eine selektiv permeable Membran.
Für Tierzellen ist die Aufrechterhaltung einer isotonischen Umgebung (Homöostase) extrem wichtig. Pflanzenzellen hingegen benötigen eine hypotonische Umgebung, um den Turgor (Innendruck) aufrechtzuerhalten.
Passiver Stofftransport
Der passive Transport erfolgt ohne Energieaufwand entlang des Konzentrationsgefälles. Es gibt verschiedene Formen:
-
Einfache Diffusion: Kleine unpolare Moleküle wie O₂, CO₂ und N₂ können die Membran direkt durchqueren.
-
Erleichterte Diffusion:
- Kanalvermittelte Diffusion: Spezielle Tunnelproteine lassen nur bestimmte Moleküle oder Ionen passieren (z.B. Aquaporine für Wasser).
- Carriervermittelte Diffusion: Trägerproteine transportieren spezifische Moleküle durch Änderung ihrer Raumstruktur (z.B. Glucose-Carrier).
Example: Ein Beispiel für kanalvermittelte Diffusion ist der Transport von Wasser durch Aquaporine in der Zellmembran.
Aktiver Stofftransport
Der aktive Transport erfordert Energieaufwand, da Stoffe gegen das Konzentrationsgefälle transportiert werden. Es gibt zwei Hauptformen:
-
Primär aktiver Transport: Der Transport ist direkt mit dem Verbrauch von ATP verknüpft (z.B. Na⁺-K⁺-Pumpe).
-
Sekundär aktiver Transport: ATP ist indirekt beteiligt, indem ein bestehendes Konzentrationsgefälle als Energiequelle für den Transport eines anderen Stoffes genutzt wird.
Highlight: Der aktive Transport ermöglicht es Zellen, Stoffe gegen ein Konzentrationsgefälle zu transportieren und so wichtige Gradienten aufrechtzuerhalten.
Verschiedene Transportarten beim sekundär aktiven Transport sind:
- Symport: Zwei verschiedene Moleküle in dieselbe Richtung (z.B. Na⁺-Glucose-Symport)
- Antiport: Zwei verschiedene Moleküle in entgegengesetzte Richtungen (z.B. Cl⁻/HCO₃⁻-Austausch)
- Uniport: Ein Molekül in eine Richtung (z.B. Proteinpumpe)
Transport großer Stoffportionen
Für den Transport größerer Partikel oder ganzer Zellen gibt es spezielle Mechanismen:
-
Endozytose: Aufnahme von Stoffportionen
- Pinozytose ("Zelltrinken"): Aufnahme flüssiger Stoffe
- Phagozytose ("Zellfressen"): Aufnahme fester Partikel oder Zellen
-
Exozytose: Ausschleusen von Stoffportionen (z.B. Drüsensekrete)
Vocabulary: Exozytose - Der Prozess, bei dem Vesikel mit der Zellmembran verschmelzen und ihren Inhalt nach außen abgeben.
Es ist wichtig zu verstehen, dass eine Zelle kein abgeschlossenes System ist. Es besteht ein ständiger Stoff- und Energiefluss zwischen einer Zelle und ihrer Umgebung, der durch diese verschiedenen Transportmechanismen ermöglicht wird.
